(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸と出力軸とが捩れ変形する連結軸を介して連結され、これら入力軸と出力軸の一方に第一の磁石が他方に互いに対向する一対のヨークが取り付けられ、
前記一対のヨークに挟まれた領域に、２つの磁気検出素子が互いに検出面の位置と検出方向を異ならせて設けられ、
前記出力軸の周方向の所定位置に、前記磁界に重畳する別の磁界を与える第二の磁石が設けられ、
前記２つの磁気検出素子が検出した２つの磁界強度の差から前記連結軸が受けるトルクが検出され、
前記２つの磁気検出素子が検出した２つの磁界強度の和から前記出力軸が回転基準位置にあることが検出されることを特徴とするトルクインデックスセンサ。
【請求項２】
前記第一の磁石は、複数のＮ極とＳ極が周方向に所定ピッチで交互に配置された円筒状磁石からなり、前記入力軸又は前記出力軸に対して同軸に取り付けられ、
前記ヨークは、前記第一の磁石を非接触で囲む円環に前記第一の磁石における同一磁極の配置ピッチと同じピッチで複数の爪が形成されてなり、各ヨークが前記第一の磁石の軸方向に異なる位置に配置され、各ヨークが互いに爪を周方向に半ピッチずつずらせて前記出力軸又は前記入力軸に対して同軸に取り付けられることを特徴とする請求項１記載のトルクインデックスセンサ。
【請求項３】
前記各ヨークから間隔を隔てて前記各ヨークの周囲をそれぞれ囲む２つの外側ヨークが設けられることを特徴とする請求項２記載のトルクインデックスセンサ。
【請求項４】
前記２つの外側ヨークの周方向所定位置に前記２つの外側ヨーク間の間隙を狭めるための近接用ヨークがそれぞれ取り付けられ、前記２つの近接用ヨーク間に前記２つの磁気検出素子が配置されることを特徴とする請求項３記載のトルクインデックスセンサ。
【請求項５】
前記第二の磁石は、前記２つの磁気検出素子の検出面の中間に相当する軸方向位置に配置されることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載のトルクインデックスセンサ。
【請求項６】
前記第二の磁石は、前記２つの磁気検出素子の検出面間の外側に相当する軸方向位置に配置されることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載のトルクインデックスセンサ。
【請求項７】
前記第二の磁石からの磁束を前記２つの磁気検出素子に導く補助ヨークが設けられることを特徴とする請求項１〜６いずれか記載のトルクインデックスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルクセンサとインデックスセンサの機能を併せ持つトルクインデックスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の電動パワーステアリング装置は、運転者が操舵操作を行うステアリングホイールと、ステアリングホイールにより回転される入力軸と、入力軸の回転によりトルク（操舵トルク）が加えられる連結軸（トーションバー）と、連結軸に加えられたトルクにより回転される出力軸と、連結軸に加えられたトルクに応じて駆動される操作補助用モータとを備え、出力軸に連結された舵取機構に操作補助用モータの駆動力を伝えることにより、運転者の操舵操作を補助するようになっている。
【０００３】
電動パワーステアリング装置において、操作補助用モータの駆動を制御するためには、連結軸に加えられるトルクを検出する必要がある。
【０００４】
従来、トルクセンサに関しては、特許文献１に記載のように、入力軸に設けられ硬質磁性体からなる略円筒状の円筒磁気部と、出力軸に設けられ円筒磁気部の磁界内に配置されて磁気回路を形成する軟質磁性体からなるリング形状の一対のリング磁気部（磁気ヨーク）と、リング磁気部と磁気結合しリング磁気部からの磁束を誘導することにより磁束を集めるリング形状の一対の集磁リングと、集磁リングが誘導した磁束を検出する磁気検出素子と、演算部を備え、該演算部において、磁気検出素子の出力と連結軸の捩れ弾性（トルク対捩れ角特性）とに基づいて、連結軸に加えられるトルクを演算するものが知られている。
【０００５】
また、電動パワーステアリング装置においては、操舵トルクと共に操舵操作に伴って変化する操舵用の車輪の向き(操舵角)も検出する必要がある。
【０００６】
従来、操舵角センサに関しては、特許文献２に記載のように、出力軸と平行に位置する２つの軸の周りに出力軸の回転に連動して回転する互いに歯数の異なる１対の歯車と、それぞれの歯車の回転角度を検出する複数の磁気検出素子とを備え、各磁気検出素子によって検出されたそれぞれの回転角度の組み合わせに基づいて、操舵角の検出を行う操舵角センサが知られている。この特許文献２のような操舵角センサを機械式操舵角センサという。
【０００７】
特許文献２のような機械式操舵角センサのほかに、今、新しい方式として、出力軸の回転位置に基準位置を定め、出力軸が回転基準位置にあることを検出（インデックス）することで出力軸の回転数を検出して操舵角の検出に利用するインデックス式操舵角センサがある。例えば、電動パワーステアリング装置には、操作補助用モータが備えられており、操作補助用モータの回転角に基づいて出力軸の相対角度を得ることができるが、インデックス式操舵角センサは、この操作補助用モータから得られる出力軸の相対角度と、出力軸が回転基準位置にあることを検出することで検出される出力軸の回転数とに基づいて出力軸の絶対角を得ることによって、操舵角の検出を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１４９０６２号公報
【特許文献２】特開２００７−２６９２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者らは、インデックス式操舵角センサの技術に着目し、電動パワーステアリング装置に、トルクセンサとインデックス式操舵角センサ用のインデックスセンサとを併設しようと考えた。
【００１０】
しかし、単に、トルクセンサとインデックスセンサとを併設したのでは、二つのセンサを併設しただけに過ぎず、部品点数が多くなるだけでなく、コンパクト化がなされないという課題がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、トルクセンサとインデックスセンサの機能を併せ持ち、部品点数の削減、及びコンパクト化に寄与することが可能なトルクインデックスセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明は、入力軸と出力軸とが捩れ変形する連結軸を介して連結され、これら入力軸と出力軸の一方に第一の磁石が他方に互いに対向する一対のヨークが取り付けられ、前記一対のヨークに挟まれた領域に、２つの磁気検出素子が互いに検出面の位置と検出方向を異ならせて設けられ、前記出力軸の周方向の所定位置に、前記磁界に重畳する別の磁界を与える第二の磁石が設けられ、前記２つの磁気検出素子が検出した２つの磁界強度の差から前記連結軸が受けるトルクが検出され、前記２つの磁気検出素子が検出した２つの磁界強度の和から前記出力軸が回転基準位置にあることが検出されるものである。
【００１４】
前記第一の磁石は、複数のＮ極とＳ極が周方向に所定ピッチで交互に配置された円筒状磁石からなり、前記入力軸又は前記出力軸に対して同軸に取り付けられ、前記ヨークは、前記第一の磁石を非接触で囲む円環に前記第一の磁石における同一磁極の配置ピッチと同じピッチで複数の爪が形成されてなり、各ヨークが前記第一の磁石の軸方向に異なる位置に配置され、各ヨークが互いに爪を周方向に半ピッチずつずらせて前記出力軸又は前記入力軸に対して同軸に取り付けられてもよい。
【００１５】
前記各ヨークから間隔を隔てて前記各ヨークの周囲をそれぞれ囲む２つの外側ヨークが設けられてもよい。
【００１６】
前記２つの外側ヨークの周方向所定位置に前記２つの外側ヨーク間の間隙を狭めるための近接用ヨークがそれぞれ取り付けられ、前記２つの近接用ヨーク間に前記２つの磁気検出素子が配置されてもよい。
【００１７】
前記第二の磁石は、前記２つの磁気検出素子の検出面の中間に相当する軸方向位置に配置されてもよい。
【００１８】
前記第二の磁石は、前記２つの磁気検出素子の検出面間の外側に相当する軸方向位置に配置されてもよい。
【００１９】
前記第二の磁石からの磁束を前記２つの磁気検出素子に導く補助ヨークが設けられてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２１】
（１）共通の部材を使用してトルクセンサとインデックスセンサの機能を併せ持つので、部品点数の削減及びコンパクト化に寄与することが可能なトルクインデックスセンサの提供が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態を示すトルクインデックスセンサの側断面図である。
【図２】本発明のトルクインデックスセンサのトルク検出部の分解説明図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、本発明において第一の磁石とヨークとの回転位置ずれに応じて磁界が変化することを説明するためのイメージ図である。
【図４】本発明においてトルク検出に係る磁界を説明するための主要部側断面図である。
【図５】本発明において連結軸が受けるトルクとトルク検出に係る磁界による磁気検出素子の出力との関係を示したトルク対磁気検出出力特性図である。
【図６】本発明において回転基準位置検出に係る磁界を説明するための主要部側断面図である。
【図７】本発明において出力軸の回転角度と回転基準位置検出に係る磁界による磁気検出素子の出力との関係を示した回転角度対磁気検出出力特性図である。
【図８】本発明の他の実施形態を示すトルクインデックスセンサの側断面図である。
【図９】図８のトルクインデックスセンサにおける磁界を説明するための図である。
【図１０】本発明の他の実施形態においてトルク検出に係る磁界を説明するための主要部側断面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態において回転基準位置検出に係る磁界を説明するための主要部側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２４】
図１に示されるように、本発明のトルクインデックスセンサ１は、入力軸２と出力軸３とが捩れ変形する連結軸４を介して連結され、これら入力軸２と出力軸３の一方に第一の磁石５が他方に互いに対向する一対のヨーク６，７が取り付けられ、一対のヨーク６，７に挟まれた領域に、２つの磁気検出素子８ａ，８ｂが互いに検出面の位置と検出方向を異ならせて設けられ、出力軸３の周方向の所定位置に、前記磁界に重畳する別の磁界を与える第二の磁石９が設けられる。
【００２５】
本発明のトルクインデックスセンサ１は、連結軸４が受けるトルクを磁気検出素子８ａ，８ｂが検出する磁界の強さに基づいて検出するトルク検出部を有する。すなわち、図２に示されるように、トルク検出部は、主に、第一の磁石５、一対のヨーク６，７、磁気検出素子８ａ，８ｂから構成される。
【００２６】
本発明のトルクインデックスセンサ１は、このトルク検出部に別の磁界を与え、磁気検出素子８ａ，８ｂが検出するそれぞれ別の磁界の強さに基づいて出力軸３が回転基準位置にあることを検出する回転基準位置検出部を構成する。ただし、２つの磁気検出素子８ａ，８ｂに、重畳した２つの磁界がかかることになるので、詳細は後述するが、本発明のトルクインデックスセンサ１では、２つの磁気検出素子８ａ，８ｂが検出した２つの磁界強度の差から連結軸４が受けるトルクを検出し、２つの磁気検出素子８ａ，８ｂが検出した２つの磁界強度の和から出力軸３が回転基準位置にあることを検出するようになっている。トルクは、磁界強度の差とトルクの関係を記憶している記憶部（図示せず）の値と、検出された磁界強度の差とを比較することにより得られる。
【００２７】
図１に示されるように、入力軸２は、連結軸４が挿入される同軸空洞部２ａを有し、同軸空洞部２ａ内の基端（図示されないステアリングホイールに近い端；図示上端）に連結軸４の基端が連結ピン１０により連結される。出力軸３は、入力軸２の同軸空洞部２ａの外壁２ｂに取り付けられるどの部材の外径よりも内径が大きい外側同軸空洞部３ａを有する。これにより、外側同軸空洞部３ａの外壁３ｂは、断面視で略コの字状に形成される。さらに、出力軸３は、外側同軸空洞部３ａ内の先端（ステアリングホイールから遠い端；図示下端）に、連結軸４が挿入される内側同軸空洞部３ｃを有し、内側同軸空洞部３ｃの先端に連結軸４の先端が連結ピン１１により連結される。この構成により、連結軸４の全長の捩れ変形が入力軸２の同軸空洞部２ａの外壁２ｂと出力軸３の外側同軸空洞部３ａの外壁３ｂとの回転位置ずれに反映することになる。
【００２８】
本実施形態では、第一の磁石５が入力軸２に取り付けられ、一対のヨーク６，７が出力軸３に取り付けられる。すなわち、第一の磁石５は、同軸空洞部２ａの外壁２ｂに取り付けられ、ヨーク６，７は、外側同軸空洞部３ａの外壁３ｂに取り付けられる。
【００２９】
第一の磁石５は、複数のＮ極とＳ極が周方向に所定ピッチで交互に配置された円筒状磁石である。第一の磁石５は、硬質磁性体が磁化された永久磁石で構成される。第一の磁石５は、入力軸２と同軸であり、入力軸２と一体的に回転することになる。
【００３０】
図２に示されるように、ヨーク６は、第一の磁石５から適宜な狭い間隙を隔てて第一の磁石５の周囲を非接触で囲む円環（平坦な穴あき円盤）６ａに、第一の磁石５における同一磁極の配置ピッチ（例えば、Ｎ極の配置ピッチ）と同じピッチで複数の爪６ｂが形成されてなる。爪６ｂは、円環６ａの内周部分より、第一の磁石５に沿うように立ち上げられて軸方向（図２における上下方向）に伸びる。ヨーク７は、ヨーク６と同様に、円環７ａの内周に複数の爪７ｂが形成される。
【００３１】
各ヨーク６，７は、軸方向に異なる位置に配置される。ここでは、ヨーク７が第一の磁石５の先端側の端部と同じ軸方向位置に配置され、ヨーク６が第一の磁石５の基端側の端部と同じ軸方向位置に配置される。より具体的には、出力軸３の外側同軸空洞部３ａを囲む外壁３ｂにヨーク７が重ねられ、このヨーク７の円環７ａに円筒状のスペーサ３ｄが重ねられ、スペーサ３ｄにヨーク６が重ねられる。各ヨーク６，７は、それぞれの爪６ｂ，７ｂが互い違いに向き合うように組み合わされる。なお、ヨーク６，７と外側同軸空洞部３ａの外壁３ｂとを一括して樹脂でモールドし、その樹脂モールドによりスペーサ３ｄを形成してもよい。ヨーク６，７は、出力軸３と同軸であり、出力軸３と一体的に回転することになる。
【００３２】
図３（ａ）に詳しく示されるように、ヨーク６，７は、側面から見ると爪６ｂ，７ｂが二等辺三角形状であり、この爪６ｂ，７ｂを互いに周方向に半ピッチずつずらせて互い違いに向き合うように出力軸３に対して同軸に取り付けられる。ヨーク６，７は、第一の磁石５からの磁束を連結軸４の捩れ変形に応じて異なる分布で導くためのものである。ヨーク６，７は、軟質磁性体からなる。
【００３３】
図１に示されるように、各ヨーク６，７から適宜な狭い間隙を隔てて各ヨーク６，７の円環６ａ，７ａの周囲を非接触で囲む２つの外側ヨーク１２，１３が設けられる。外側ヨーク１２，１３は、入力軸２、出力軸３と同軸になるようにして、図示されない固定系に取り付けられる。２つの外側ヨーク１２，１３の周方向所定位置には、これら２つの外側ヨーク１２，１３間の間隙を狭めるために外側ヨーク１２，１３から突き出された近接用ヨーク１４，１５がそれぞれ取り付けられる。外側ヨーク１２，１３は、ヨーク６，７から磁束を導いて近接用ヨーク１４，１５に集めるためのものであり、近接用ヨーク１４，１５は、近接用ヨーク１４，１５間に磁束を集めるためのものである。外側ヨーク１２，１３及び近接用ヨーク１４，１５は、軟質磁性体からなる。
【００３４】
近接用ヨーク１４，１５は、直方体あるいは外側ヨーク１２，１３の外周に沿って湾曲した形状とする。２つの近接用ヨーク１４，１５は、互いに対向する面を有し、この対向する２つの面間に、外側ヨーク１２，１３間よりも狭い間隙が形成され、この狭い間隙に２つの磁気検出素子８ａ，８ｂが配置される。２つの磁気検出素子８ａ，８ｂは、ヨーク６，７に挟まれた領域に位置することになる。磁気検出素子８ａ，８ｂは、外側ヨーク１２，１３と同様に固定系に取り付けられる。
【００３５】
図２の円内拡大図に示されるように、一方の磁気検出素子８ａは、検出面Ｆが基端方向（図示上）に臨ませて配置され、もう一方の磁気検出素子８ｂは、検出面Ｆが先端方向（図示下）に臨ませて配置される。２つの磁気検出素子８ａ，８ｂは、軸方向の同じ位置に周方向に並べて配置されているが、検出面Ｆの軸方向位置が異なる。後述する図１０のように、２つの磁気検出素子８ａ，８ｂは、軸方向に並べて配置してもよい。
【００３６】
また、一方の磁気検出素子８ａの検出方向は、基端に向けられ、もう一方の磁気検出素子８ｂの検出方向は、先端に向けられている。このように、２つの磁気検出素子８ａ，８ｂは、検出方向を異ならせて設けられる。
【００３７】
各磁気検出素子８ａ，８ｂのリード線１６は、図２では、便宜上、それぞれ１本で描かれているが、複数本であってもよい。このリード線１６は、図示されない演算部に接続され、磁気検出素子８ａ，８ｂからの出力を演算部に伝える。
【００３８】
図１に示されるように、第二の磁石９は、出力軸３のスペーサ３ｄに取り付けられる。スペーサ３ｄは、出力軸３の一部であり、第二の磁石９は、出力軸３の周方向の所定位置に設けられ、出力軸３と一体的に回転することになる。第二の磁石９は、２つの磁気検出素子８ａ，８ｂとほぼ同じ軸方向位置に配置される。詳しくは、第二の磁石９の磁極９ａが２つの磁気検出素子８ａ，８ｂの検出面Ｆの中間に臨むように、２つの磁気検出素子８ａ，８ｂの中間の軸方向位置に第二の磁石９の中心が位置するよう配置される。第二の磁石９は、出力軸３の径方向外方にＮ極、Ｓ極いずれかの磁極９ａを向けられ、出力軸３が回転基準位置にあるときに、この磁極９ａが２つの磁気検出素子８ａ，８ｂに最も近接するように、周方向の位置が定められる。第二の磁石９は、硬質磁性体が磁化された永久磁石で構成される。なお、回転基準位置は、出力軸３の周囲のどの角度に設定してもよい。例えば、操舵角＝０°、つまり操舵用の車輪が真正面を向いているときに回転基準位置が検出されるようにしておく。一方、出力軸３の回転角を０〜３６０°の範囲で検出できる図示しない回転センサにより出力軸３の回転角を検出する。回転基準位置が検出された回数を回転方向に応じて増減し、この回数に３６０°を乗じたものに回転センサの出力回転角を加えることで、操舵角が求まる。
【００３９】
次に、連結軸４が受けるトルクを検出する動作について説明する。
【００４０】
図３（ａ）に示されるように、ステアリングホイールが操舵操作されておらず連結軸４がトルクを受けていない中立状態では、ヨーク６，７は、それぞれの爪６ｂ，７ｂの先端が第一の磁石５のＮ極とＳ極の境界を指す。これにより、ヨーク６においてもヨーク７においても爪６ｂ，７ｂが第一の磁石５のＮ極に対向する面積とＳ極に対向する面積とが等しくなり、ヨーク６，７共に、爪６ｂ，７ｂを介してＮ極から入る磁束とＳ極へ出る磁束とが等しくなるので、ヨーク６，７間には、磁束は生じない。
【００４１】
図３（ｂ）に示されるように、ステアリングホイールが操舵操作されて連結軸４がトルクを受けているトルク付加状態では、連結軸４に捩れ変形が生じることにより、入力軸２に取り付けられている第一の磁石５と出力軸３に取り付けられているヨーク６，７との周方向の相対位置が変化する。ヨーク６では、爪６ｂがＮ極に対向する面積がＳ極に対向する面積よりも大きくなる。よって、爪６ｂを介してＮ極から入る磁束が爪６ｂを介してＳ極に出る磁束よりも大きくなる。ヨーク７では、逆に爪７ｂがＮ極に対向する面積がＳ極に対向する面積よりも小さくなる。よって、爪７ｂを介してＮ極から入る磁束が爪７ｂを介してＳ極に出る磁束よりも小さくなる。その結果、ヨーク６，７に磁気の極性の差異が発生し、ヨーク６，７間に磁束が生じる。この磁束が外側ヨーク１２，１３（図１、図２）によって導かれ、近接用ヨーク１４，１５に集められる。
【００４２】
その結果、図４に示されるように、２つの近接用ヨーク１４，１５間に磁束が発生する。図２の円内拡大図で説明したように、２つの磁気検出素子８ａ，８ｂは、軸方向の同じ位置に周方向に並べて配置されているが、検出面Ｆの軸方向位置が異なる。よって、図４のように、磁気検出素子８ａの検出面Ｆは基端側の近接用ヨーク１４に近接し、磁気検出素子８ｂの検出面Ｆは先端側の近接用ヨーク１５に近接している。磁束は、２つの磁気検出素子８ａ，８ｂでそれぞれ検出される。このとき、図３（ａ）の状態から図３（ｂ）の状態に変化する間の２つの近接用ヨーク１４，１５間の磁界の大きさは、第一の磁石５とヨーク６，７との周方向の位置ずれ、すなわち連結軸４の捩れ変形の大きさに比例する。すなわち、磁気検出素子８ａ，８ｂの出力は、連結軸４が受けるトルクに比例する。
【００４３】
図５に、連結軸４が受けるトルクに対するそれぞれの磁気検出素子８ａ，８ｂの出力Ｖtの変化を示す。ただし、第二の磁石９が磁気検出素子８ａ，８ｂから十分に離れており、第二の磁石９による磁界の影響はないものとする。磁気検出素子８ａ，８ｂは検出した磁界の強さを電圧として出力するため、トルクに比例した出力Ｖtが得られる。連結軸４がトルクを受けていない中立状態のときの出力Ｖtの値をＶoffとする。２つの磁気検出素子８ａ，８ｂは、検出方向が互いに逆方向であるため、検出される出力の増減方向が逆方向となる。すなわち、検出方向が基端方向である磁気検出素子８ａの出力のグラフが右上がりであるとすると、検出方向が先端方向である磁気検出素子８ｂの出力のグラフが右下がりとなる。
【００４４】
次に、出力軸が回転基準位置にあることを検出する動作について説明する。
【００４５】
図１において、回転基準位置検出部は、出力軸３の周方向の所定位置に設けられる第二の磁石９と、トルク検出部の磁気検出素子８ａ，８ｂとにより構成される。出力軸３の回転に伴い第二の磁石９が回転すると、第二の磁石９は固定系に取り付けられている磁気検出素子８ａ，８ｂに対する周方向の位置が変化する。その結果、磁気検出素子８ａ，８ｂでは第二の磁石９による磁束の変化が検出される。
【００４６】
すなわち、図６に示されるように、側断面視における第二の磁石９の中心は、磁気検出素子８ａ，８ｂの中心と軸方向に略同一の位置にあり、磁極９ａが径方向外方（図の左向き）に向けられている。磁気検出素子８ａ，８ｂは近接用ヨーク１４，１５間に挟まれている。このとき、第二の磁石９が磁気検出素子８ａ，８ｂに近接すると、第二の磁石９の磁極９ａからの磁束はほぼ径方向に向かい、近接用ヨーク１４，１５間では近接用ヨーク１４，１５により磁束が誘導され、磁気検出素子８ａ，８ｂにそれぞれ振り分けられるように曲がる。磁気検出素子８ａを通る磁束と磁気検出素子８ｂを通る磁束は逆向きになるが、磁気検出素子８ａ，８ｂの検出方向が互いに逆向きであるため、磁気検出素子８ａ，８ｂの出力は互いに等しい。
【００４７】
図７に、出力軸３の回転角度と磁気検出素子８ａ，８ｂの各出力Ｖiを回転角度全周における最大出力ＶMaxで規格化した値の関係を示す。ただし、トルクインデックスセンサ１は、連結軸４がトルクを受けていない中立状態であり、第一の磁石５による磁界の影響はないものとする。出力軸３が回転基準位置から遠い状態、すなわち第二の磁石９が磁気検出素子８ａ，８ｂから十分に離れている状態のときの出力Ｖiの値をＶoffとする。第二の磁石９が磁気検出素子８ａ，８ｂに最も近接しているときを出力軸３が回転基準位置にあるときとし、このときの回転角度を０度と表す。
【００４８】
図７に示されるように、出力Ｖiは、出力軸３の回転角度が０度のとき最大であり、回転角度が正負のどちらに振れても急速に減少し、回転角度が約±１０度を超えるとＶoffとなる。これより、出力Ｖiが極大値になったとき、あるいは所定の閾値を超えたときに、出力軸３が回転基準位置にあると判定できる。
【００４９】
次に、トルク検出と回転基準位置検出を同時に行う動作を説明する。
【００５０】
図４で説明した第一の磁石５による磁界と図６で説明した第二の磁石９による磁界とを重畳したとき、２つの磁気検出素子８ａ，８ｂでは、図５に示したトルク対磁気検出出力特性と図７に示した回転角度対磁気検出出力特性とが重なることになる。図示しない演算部において、２つの磁気検出素子８ａ，８ｂの出力を用いて式（１）及び式（２）の演算を行うことにより、トルクに係る出力Ｖtと回転基準位置に係る出力Ｖiを得ることができる。
【００５１】
【数１】
0005514603.tif 000002
【００５２】
ただし、Ｖ1、Ｖ2は、磁気検出素子８ａ，８ｂの出力である。連結軸４がトルクを受けていない中立状態であって、かつ、出力軸３が回転基準位置から遠い状態のときの出力Ｖ1、Ｖ2の値をオフセット値Ｖoffとする。
【００５３】
このように、第一の磁石５による磁界は、２つの磁気検出素子８ａ，８ｂの検出面Ｆの検出方向に対して逆方向に加わり、第二の磁石９による磁界は、２つの磁気検出素子８ａ，８ｂの検出面Ｆの検出方向に対して同一方向に加わるので、２つの磁気検出素子８ａ，８ｂの出力Ｖ1、Ｖ2の差を取って、その１／２からオフセット値Ｖoffを差し引くことにより、トルクに係る出力Ｖtが得られる。一方、２つの磁気検出素子８ａ，８ｂの出力Ｖ1、Ｖ2の和の１／２からオフセット値Ｖoffを差し引くことにより、回転基準位置に係る出力Ｖiが得られる。
【００５４】
回転基準位置に係る出力Ｖiは、第二の磁石９の回転に伴う磁界変化に対応しているため、適切な値を閾値にすることにより、出力軸３が回転基準位置にあることを判定することができる。なお、オフセット値Ｖoffは、必要に応じて値を変更してもトルク及び回転基準位置の情報を損なうことはない。
【００５５】
次に、式（２）から式（３）が導かれる。
【００５６】
【数２】
0005514603.tif 000003
【００５７】
このＶdは、理論的には必ず０となる。このことから、出力Ｖiとオフセット値Ｖoffが適宜な既知の値であるとき、実際に検出された磁気検出素子８ａ，８ｂの出力Ｖ1、Ｖ2を式（３）に代入してＶdを演算すると、Ｖdが０±閾値内になるか否かにより、磁気検出素子８ａ，８ｂにおける磁束の検出の正常／異常の判断を行うことができる。
【００５８】
以上説明したように、本発明のトルクインデックスセンサ１によれば、第一の磁石５の磁界と第二の磁石９の磁界とが重畳して磁気検出素子８ａ，８ｂに加わるようにすると共に、磁気検出素子８ａ，８ｂの検出方向を互いに異ならせたので、磁気検出素子８ａ，８ｂの出力Ｖ1、Ｖ2からトルクに係る出力Ｖtと回転基準位置に係る出力Ｖiを導き、トルクと回転基準位置を検出することができる。言い換えると、１つのトルクインデックスセンサ１の中に、共通の磁気検出素子８ａ，８ｂを使用するトルク検出部と回転基準位置検出部とを有するので、部品点数の削減及びコンパクト化に寄与することが可能なトルクインデックスセンサ１が得られる。
【００５９】
本発明のトルクインデックスセンサ１によれば、連結軸４の捩れ変形によって第一の磁石５と一対のヨーク６，７との回転位置ずれが生じて磁界が変化するようにしたので、機械的に接触し合うギア等の機械要素がなく、信頼性が高い。
【００６０】
本発明のトルクインデックスセンサ１によれば、磁気検出素子８ａ，８ｂを連結軸４、入力軸２、出力軸３のような回転系ではなく、固定系に取り付けることができるので、磁気検出素子８ａ，８ｂのための電源供給や信号取り出しの配線が簡素であると共に信頼性が高く、メンテナンスも容易である。
【００６１】
本発明のトルクインデックスセンサ１によれば、第一の磁石５を複数のＮ極とＳ極が周方向に所定ピッチで交互に配置された円筒状磁石で構成し、一対のヨーク６，７に第一の磁石５の磁極配置ピッチに合わせたピッチで複数の爪６ｂ，７ｂを設けたので、連結軸４がトルクを受けていない中立状態で爪６ｂ，７ｂの先端が第一の磁石５のＮ極とＳ極の境界を指すようにしておくことで、温度変化などにより第一の磁石５の磁界強度が変化しても、それとは無関係に中立状態でヨーク６，７間に磁束が発生しないようにできる。
【００６２】
本発明のトルクインデックスセンサ１によれば、磁束を集める近接用ヨーク１４，１５を設けたので、磁気回路中の磁気抵抗が小さくなり、この近接用ヨーク１４，１５間の間隙に磁気検出素子８ａ，８ｂを配置することで、第一の磁石５による磁束を効率よく磁気検出素子８ａ，８ｂに集磁することが可能となる。
【００６３】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【００６４】
図８に示されるように、トルクインデックスセンサ８０は、第二の磁石９が２つの磁気検出素子８ａ，８ｂの検出面Ｆ間の外側に相当する軸方向位置に配置されている。第二の磁石９は、Ｎ極が径方向内側を向くように配置される。また、第二の磁石９と磁気検出素子８ｂとの間に、第二の磁石９からの磁束を磁気検出素子８ｂに導く補助ヨーク１７が設けられる。他の構成は、図１と同じであるので、説明は省略する。
【００６５】
図９に示されるように、トルクインデックスセンサ８０において、第二の磁石９のＮ極から出た磁束は、出力軸３を介してヨーク７及びヨーク６に分かれて入る。ヨーク７に入った磁束は、外側ヨーク１３、近接用ヨーク１５を介して磁気検出素子８ｂの検出面Ｆに図示下方から入る。ヨーク６に入った磁束は、外側ヨーク１２、近接用ヨーク１４を介して磁気検出素子８ａの検出面Ｆに図示上方から入る。また、第二の磁石９から出た磁束の一部は、補助ヨーク１７、近接用ヨーク１５を介して磁気検出素子８ｂの検出面Ｆに図示下方から入る。
【００６６】
磁気検出素子８ａの出力は、出力軸３の回転角度に対し図７と類似の特性となり、磁気検出素子８ｂの出力もまた、出力軸３の回転角度に対し図７と類似の特性となる（ただし、図９の構成では、図６の構成とは磁束の方向が逆になるので、特性の符号が逆になる）。また、磁気検出素子８ａ，８ｂの出力のピークの位置を同じになるようにする必要があるが、本実施形態では、補助ヨーク１７を適宜な位置に配置することで、両者のピークの位置を同じにしている。よって、磁気検出素子８ａの出力と磁気検出素子８ｂの出力の和をとり、その１／２からオフセット値を差し引くことにより、回転基準位置に係る出力が得られる。
【００６７】
図１０に示されるように、２つの磁気検出素子８ａ，８ｂは、軸方向に並べて配置してもよい。この場合も、一方の磁気検出素子８ａは、検出面Ｆが基端方向（図示上）に臨ませて配置され、もう一方の磁気検出素子８ｂは、検出面Ｆが先端方向（図示下）に臨ませて配置される。
【００６８】
図１１に示されるトルクインデックスセンサ１００は、２つの磁気検出素子８ａ，８ｂの中間の軸方向位置に第二の磁石９の中心が位置するよう第二の磁石９を配置し、その第二の磁石９の中心と２つの磁気検出素子８ａ，８ｂの中間を通る直線上（例えば、径方向外方）に、第二の磁石９からの磁束を２つの磁気検出素子８ａ，８ｂに導く補助ヨーク１７を配置したものである。これにより、第二の磁石９からの磁束がより２つの磁気検出素子８ａ，８ｂに導かれやすくなる。これにより、回転基準位置での出力と、その他の位置での出力の差が大きくなる。そのため、より正確に回転基準位置を検出することが可能となる。
【００６９】
これまで説明した実施形態においては、近接用ヨーク１４，１５の形状を直方体または湾曲した形状としたが、これに限らず近接用ヨーク１４，１５は、側断面がＬ字状となる形状など、様々な形状とすることができる。
【００７０】
これまで説明した実施形態においては、第一の磁石５が入力軸２に取り付けられ、ヨーク６が出力軸３に取り付けられるものとしたが、第一の磁石５が出力軸３に取り付けられ、ヨーク６が入力軸２に取り付けられてもよい。
【００７１】
これまで説明した実施形態においては、第一の磁石５が円筒状磁石であるとしたが、第一の磁石５は厳密な円筒形である必要はなく、多角柱のようにほぼ円筒状であればよい。
【００７２】
これまで説明した実施形態においては、第二の磁石９を出力軸３に取り付け、出力軸３が回転基準位置にあることを検出したが、第二の磁石９を入力軸２に取り付ければ、入力軸２が回転基準位置（ステアリングホイールの操作角度の基準）にあることを検出することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１  トルクインデックスセンサ
２  入力軸
３  出力軸
４  連結軸
５  第一の磁石
６、７  ヨーク
６ｂ、７ｂ  爪
８ａ、８ｂ  磁気検出素子
９  第二の磁石
１０、１１  連結ピン
１２、１３  外側ヨーク
１４、１５  近接用ヨーク
１６  リード線
１７  補助ヨーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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